【技術實現步驟摘要】
本申請涉及壓電陶瓷，具體而言，涉及一種壓電陶瓷材料、其制備方法和壓電器件。
技術介紹
1、具有壓電特性的材料稱為壓電材料，其作為一種可實現機械能和電能相互耦合功能的材料在工業領域，特別是航空航天、地質勘探等領域中用途十分廣泛。壓電材料一般可分壓電陶瓷、壓電單晶、壓電高分子和壓電復合材料四大類。其中，壓電陶瓷具備工藝簡單、可重復性強、成本較低、組分可調、性能優異等諸多優勢，故而受到市場青睞。
2、目前，技術最成熟、使用最廣泛的壓電陶瓷主要是pzt基陶瓷，但由于其具有壓電性能高溫退極化的特點，這類陶瓷使用溫度一般不超過300℃。然而，在實際應用環境中，壓電器件需要在600℃甚至更高的溫度下服役。因此，對于壓電性能優異且使用溫度較高的壓電材料的研究是非常有必要的。
3、無鉛鉍層狀結構陶瓷具有居里溫度高、溫度穩定性好、環境友好等優點，是一種適合高溫環境使用的候選材料。鉍層狀結構陶瓷是由(bi2o2)2+層和類鈣鈦礦層相互交替疊加而成，其化學通式(bi2o2)2+(am-1bmo3m+1)2-，其中鈦酸鉍鈣cabi4ti4o15陶瓷具備理想的高居里點(tc＝790℃)、高退極化溫度的優勢，但壓電常數(d33)和600℃高溫電阻率較低，即d33僅8pc/n，600℃高溫電阻率1.1×105ω·cm，尚無法滿足高端壓電器件的要求。
技術實現思路
1、基于上述的不足，本申請提供了一種壓電陶瓷材料、其制備方法和壓電器件，以改善相關技術中鈦酸鉍鈣陶瓷的壓電常數和高溫電阻率低的問
2、本申請是這樣實現的：
3、在第一方面，本申請的示例提供了一種壓電陶瓷材料，壓電陶瓷材料的化學通式為(1-x)cabi4ti4o15·xca0.05bi2.97ti1-y(ni1/6zn1/6ta2/3)ynbo9，其中，0.05≤x≤0.4，0.1≤y≤0.6。
4、在上述實現過程中，利用ca0.05bi2.97ti1-y(ni1/6zn1/6ta2/3)ynbo9對cabi4ti4o15進行修飾摻雜，能夠使壓電陶瓷材料在保持較高的居里溫度的同時，提高壓電陶瓷材料的壓電常數和高溫電阻率，能夠適用于高溫條件下。
5、結合第一方面，在本申請可選的實施方式中，0.1≤x≤0.4，0.2≤y≤0.6。
6、在上述實現過程中，(1-x)cabi4ti4o15·xca0.05bi2.97ti1-y(ni1/6zn1/6ta2/3)ynbo9中，0.1≤x≤0.4，0.2≤y≤0.6，能夠進一步提高壓電陶瓷材料的壓電常數和高溫電阻率。
7、第二方面，本申請示例提供了一種第一方面提供的壓電陶瓷材料的制備方法，包括：
8、按照化學計量稱取用于形成壓電陶瓷材料的原料，原料包括caco3、bi2o3、tio2、ta2o5、nb2o5、nio和zno；
9、燒結步驟：將原料進行燒結，固相反應形成壓電陶瓷材料。
10、在上述實現過程中，將按照化學計量稱取的caco3、bi2o3、tio2、ta2o5、nb2o5、nio和zno進行固相燒結，能夠獲得化學通式為(1-x)cabi4ti4o15·xca0.05bi2.97ti1-y(ni1/6zn1/6ta2/3)ynbo9的壓電陶瓷材料。
11、結合第二方面，在本申請可選的實施方式中，燒結的溫度為1080-1160℃，時間為2-4h。
12、在上述實現過程中，將caco3、bi2o3、tio2、ta2o5、nb2o5、nio和zno原料粉在1080-1160℃的溫度下燒結2-4h，能夠獲得具有較高壓電常數、居里溫度和高溫電阻率的壓電陶瓷材料。
13、結合第二方面，在本申請可選的實施方式中，制備方法還包括位于燒結步驟之前的預燒步驟：
14、將原料進行混合，于800-950℃預燒2-4h，獲得預燒粉體。
15、可選的，預燒的升溫速率為3-5℃/min。
16、在上述實現過程中，在對原料粉進行燒結之前先升溫至800-950℃預燒2-4h，能夠提高后續燒結獲得的壓電陶瓷材料的壓電性能。
17、結合第二方面，在本申請可選的實施方式中，制備方法還包括位于預燒步驟和燒結步驟之間的排膠處理步驟：
18、將預燒粉體和粘合劑進行混合，研磨造粒，過篩后壓制成型，再升溫至700-800℃進行排膠燒結1-2h，得到陶瓷素坯；燒結步驟對陶瓷素坯進行燒結。
19、可選的，排膠燒結的升溫速率為1.5-2℃/min。
20、可選的，粘合劑包括10wt％的pva水溶液，pva水溶液占預燒粉體總質量的10％～15％。
21、在上述實現過程中，將預燒粉體與pva粘結劑進行混合造粒，便于壓制成坯體，然后對坯體進行排膠燒結去除pva粘結劑形成陶瓷素坯，對陶瓷素坯進行燒結，能夠獲得壓電陶瓷材料。
22、結合第二方面，在本申請可選的實施方式中，制備方法還包括位于燒結步驟之后的電極燒結步驟：
23、在壓電陶瓷材料的表面印刷電極，燒結電極。
24、可選的，電極為鉑電極，燒結電極的溫度為950℃，時間為25min。結合第二方面，在本申請可選的實施方式中，制備方法還包括位于燒結電極步驟之后的極化處理步驟，極化的溫度為170-210℃，極化的電場強度為10-12kv/mm，極化的時間為15-45min。
25、在上述實現過程中，將壓電陶瓷材料置于170-210℃的溫度、10-12kv/mm的電場強度下極化15-45min，能夠提高壓電陶瓷材料的壓電性能。
26、在第三方面，本申請的示例提供了一種壓電器件，壓電器件包括第一方面提供的壓電陶瓷材料或根據第二方面提供的壓電陶瓷材料的制備方法制得的壓電陶瓷材料。
27、可選的，壓電器件為振動傳感器。
28、在上述實現過程中，利用化學通式為(1-x)cabi4ti4o15·xca0.05bi2.97ti1-y(ni1/6zn1/6ta2/3)ynbo9的壓電陶瓷材料制備壓電器件，能夠使壓電器件在高溫下服役，具有良好的壓電性能。
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1.一種壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料的化學通式為(1-x)CaBi4Ti4O15·xCa0.05Bi2.97Ti1-y(Ni1/6Zn1/6Ta2/3)yNbO9，其中，0.05≤x≤0.4，0.1≤y≤0.6。
2.根據權利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，0.1≤x≤0.4，0.2≤y≤0.6。
3.一種根據權利要求1或2所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述燒結的溫度為1080-1160℃，時間為2-4h。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括位于所述燒結步驟之前的預燒步驟：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括位于所述預燒步驟和所述燒結步驟之間的排膠處理步驟：
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述粘合劑包括10wt％的PVA水溶液，所述PVA水溶液占所述預燒粉體總質量的10％～15％。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述制備方
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括位于所述電極燒結步驟之后的極化處理步驟，所述極化的溫度為170-210℃，極化的電場強度為10-12kv/mm，極化的時間為15-45min。
10.一種壓電器件，其特征在于，所述壓電器件包括權利要求1或2所述的壓電陶瓷材料或根據權利要求3-9任一項所述的制備方法制得的所述壓電陶瓷材料；
...【技術特征摘要】
1.一種壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料的化學通式為(1-x)cabi4ti4o15·xca0.05bi2.97ti1-y(ni1/6zn1/6ta2/3)ynbo9，其中，0.05≤x≤0.4，0.1≤y≤0.6。
2.根據權利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，0.1≤x≤0.4，0.2≤y≤0.6。
3.一種根據權利要求1或2所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述燒結的溫度為1080-1160℃，時間為2-4h。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括位于所述燒結步驟之前的預燒步驟：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：柯銀鴻，肖宗揚，余洋，姜旭宇，吳發明，劉瑞林，翁新全，許靜玲，
申請(專利權)人：廈門乃爾電子有限公司，
類型：發明
國別省市：
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